功率半导体装置、测量系统和用于确定功率半导体装置的电流的方法与流程

本公开涉及一种功率半导体装置，特别地涉及一种包括双极半导体元件和感测元件的功率半导体装置。

背景技术：

1、新代功率半导体装置(例如，绝缘栅双极晶体管(igbt)或晶闸管)的技术开发旨在通过缩小装置几何形状来改进电气装置特性并且减少成本。虽然通过缩小装置几何形状可减少成本，但当增加每单位面积的装置功能时必须满足各种折衷和挑战。例如，由感测元件引起的芯片面积消耗和功率半导体装置的可靠性要求之间的折衷需要设计优化。

2、因此，存在对改进的功率半导体装置的需要。

技术实现思路

1、本公开的示例涉及一种功率半导体装置。功率半导体装置包括半导体主体和半导体主体的第一表面上方的配线区域。功率半导体装置还包括双极功率半导体元件，所述双极功率半导体元件包括配线区域中的第一负载电极、半导体主体中的有源区域和在半导体主体的第二表面的第二负载电极。功率半导体装置还包括电流感测元件，所述电流感测元件包括pn或pin结。功率半导体装置还包括光学窗口，所述光学窗口被配置为允许由双极功率半导体元件的接通电流引起的电磁辐射传递给电流感测元件。

2、本公开的另一示例涉及一种测量系统。测量系统包括功率半导体装置，所述功率半导体装置包括双极功率半导体元件和电流感测元件。测量系统还包括一种测量装置，所述测量装置被配置为通过在电流感测元件的第一管脚和第二管脚之间强制电压并且测量通过第一管脚和第二管脚的电流来确定双极功率半导体元件的接通电流的测量值(measure)。

3、本公开的另一示例涉及一种用于确定功率半导体装置的电流的方法，所述功率半导体装置包括双极功率半导体元件和电流感测元件。所述方法包括：通过在电流感测元件的第一管脚和第二管脚之间强制电压并且测量通过第一管脚和第二管脚的电流来确定双极功率半导体元件的接通电流的测量值。

4、本领域技术人员将会在阅读下面的详细描述时并且在观看附图时意识到另外的特征和优点。

技术特征：

1.一种功率半导体装置(100)，包括：

2.如前面权利要求所述的功率半导体装置(100)，其中所述光学窗口(114)包括半导体材料(1021)和介电材料(116)。

3.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述电流感测元件(110)被布置在所述配线区域(104)中。

4.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述pn或pin结(118)是单晶或多晶或纳晶硅pn或pin结。

5.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述电流感测元件(110)的表面被纹理化。

6.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，还包括：反射层，被配置为将所述电磁辐射反射回到所述光学窗口(114)中。

7.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，还包括所述电流感测元件(108)中的深能级杂质。

8.如前面权利要求所述的功率半导体装置(100)，其中所述半导体主体(102)是硅半导体主体，并且所述深能级杂质包括硒、硫、铊、锌中的至少一种。

9.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述电流感测元件(110)包括串联或并联连接的多个pn或pin结(118)。

10.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，还包括在所述电流感测元件(110)的表面上的表面复合减少结构。

11.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述pn或pin结(118)中的等电位平面主要平行于垂直方向(y)。

12.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述pn或pin结(118)的p掺杂区(122)的第一末端表面和所述pn或pin结(118)的n掺杂区(120)的第二末端表面之间的最小侧向距离处于所述p掺杂区(122)或所述或n掺杂区(120)中的至少一个掺杂区的扩散长度的0.5到3倍的范围中。

13.如前面权利要求中任一项所述的功率半导体装置(100)，其中所述电流感测元件(110)被热耦合到所述半导体主体。

14.一种测量系统(130)，包括：

15.如前面权利要求所述的测量系统(130)，其中所述测量装置(132)还被配置为：

16.如前面权利要求中任一项所述的测量系统(130)，其中所述电流感测元件(110)被热耦合到所述半导体主体。

17.如前面权利要求中任一项所述的测量系统(130)，其中所述电流感测元件(110)被布置在所述配线区域(104)中。

18.一种用于确定功率半导体装置(100)的电流的方法，所述功率半导体装置(100)包括双极功率半导体元件(108)和电流感测元件(110)，所述方法包括：

19.如前面权利要求所述的方法，还包括：通过在所述电流感测元件(110)的所述第一管脚(p1)和所述第二管脚(p2)之间强制电流(i)并且测量所述第一管脚(p1)和所述第二管脚(p2)之间的电压(v)，或者通过在所述电流感测元件(110)的所述第一管脚(p1)和所述第二管脚(p2)之间强制电压(v)并且测量通过所述第一管脚(p1)和所述第二管脚(p2)的电流(i)，来确定所述双极功率半导体元件(108)的温度的测量值。

20.如两个前面权利要求中任一项所述的方法，其中

21.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述电流感测元件(110)被热耦合到所述半导体主体。

22.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述电流感测元件(110)被布置在所述配线区域(104)中。

技术总结
本公开涉及功率半导体装置、测量系统和用于确定功率半导体装置的电流的方法。提出一种功率半导体装置。功率半导体装置包括半导体主体和半导体主体的第一表面上方的配线区域。功率半导体装置还包括双极功率半导体元件，双极功率半导体元件包括配线区域中的第一负载电极、半导体主体中的有源区域和在半导体主体的第二表面的第二负载电极。功率半导体装置还包括电流感测元件，电流感测元件包括pn或pin结。功率半导体装置还包括光学窗口，光学窗口被配置为允许由双极功率半导体元件的接通电流引起的电磁辐射传递给电流感测元件。

技术研发人员：I·德恩斯托弗,A·格纳佩尔,D·巴拉绍夫,M·博姆,C·克恩勒,R·施普林格
受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31